柴達木盆地不同枸杞群體種子表型多樣性分析

何麗娟，王有科，張如力，劉 鑫

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

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柴達木盆地不同枸杞群體種子表型多樣性分析

何麗娟，王有科，張如力，劉 鑫

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

選取分布于青海省柴達木盆地的12個枸杞自然群體，分別對其4個表型性狀(種長、種寬、種子長寬比和千粒質(zhì)量)進行統(tǒng)計分析，以便更好地選擇并利用枸杞優(yōu)良品種資源。結(jié)果表明：參試枸杞群體種子千粒質(zhì)量、種長、種寬在群體間差異極顯著(P<0.01)，種子長寬比差異顯著(P<0.05)，各性狀在群體內(nèi)差異不明顯；各群體種子千粒質(zhì)量間的差異達到了極顯著水平，參試群體在其他各性狀上均差異顯著；不同性狀變異系數(shù)最大的馴化‘黑果枸杞’與變異系數(shù)最小的‘咖啡枸杞’的變異系數(shù)相差5倍，表現(xiàn)出豐富的多樣性，根據(jù)參試枸杞豐富的自然變異，可初步推斷其與遺傳變異之間的聯(lián)系；聚類分析中，以相近系數(shù)為12.5將0207與‘寧杞1號’分為1類，‘紅果枸杞’與‘白果枸杞’分為第2類，其他參試群體分為第3類。說明枸杞種子表型是基因表達與所處環(huán)境交互作用的結(jié)果，與其他同類研究結(jié)果一致。

柴達木盆地；枸杞；表型多樣性

茄科(Solanaceae)枸杞屬(Lycium)植物，為多枝落葉灌木[1]，是中國傳統(tǒng)的名貴中藥材。關(guān)于枸杞藥用價值早在秦漢時期我國第一部完整的藥物學(xué)著作《神農(nóng)本草經(jīng)》和明代李時珍的《本草綱目》中就有記載。因具有很強的耐鹽性和生物排水能力[2-3]，被認為是鹽堿化土地上的先鋒植物和良好的防風(fēng)固沙植物之一[4-5]。枸杞屬植物在中國分布很廣，主要集中在青海的柴達木盆地(格爾木市、都蘭縣、德令哈市)、甘肅河西走廊的荒漠綠洲區(qū)(敦煌市、瓜州縣、玉門市、民勤縣、景泰縣、靖遠縣)、寧夏的河套平原的北緣荒漠綠洲區(qū)(中衛(wèi)縣、中寧縣、銀川市)、內(nèi)蒙古的額濟納旗、阿拉善右旗和阿拉善左旗[6]。除普遍野生外，各地也有作藥用、蔬菜或綠化栽培[7]。

表型是基因型與環(huán)境共同作用以及動態(tài)表達的結(jié)果，是受生態(tài)環(huán)境影響的生物遺傳的表征[8-11]。生物群體在其生長環(huán)境下的表型變異，是生物多樣性與生物系統(tǒng)學(xué)的重要研究內(nèi)容[12]。種子不僅是植物體的發(fā)育器官，而且是植物表型分析的一個重要指標。林木種子的表型形態(tài)穩(wěn)定性高，是研究植物分類學(xué)的一個重要性狀，并在遺傳研究上具有重要價值[13]。

近年有學(xué)者對枸杞的表型進行了研究，但大多都集中于對不同種質(zhì)材料的新梢日生長量[14]、葉片形狀[15]、枝條硬度[15-16]、平均單果質(zhì)量[17]等方面的研究。因此，筆者通過對柴達木盆地12個枸杞自然群體表型變異的大小，對群體內(nèi)和群體間的表型多樣性進行系統(tǒng)比較，以期更好地維護和提高枸杞的遺傳多樣性水平，更好的進行優(yōu)樹選擇和良種選育。

1 材料和方法

1.1 試驗時間與地點

室外試驗于2010年5月～2012年10月在青海柴達木盆地諾木洪進行，每個品種(種)50株，3個重復(fù)，試驗地管理措施一致。室內(nèi)試驗于2014年11月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院實驗室進行。

1.2 試驗材料

1.2.1 地理位置與氣候特征 試驗材料來自柴達木盆地南緣昆侖山北麓中段，屬青海省海西蒙古族藏族自治州都蘭縣宗加鎮(zhèn)的諾木洪地區(qū)，地處E 96°09′～96°13′，N 36°24′～36°36′，總面積0.53萬km2。地勢南高北低，海拔2 790 m。極端最高氣溫35℃，極端最低氣溫-28℃，年均溫4.4℃，年均降水量僅43.5 mm，年均蒸發(fā)量2 800.0 mm[18-19]。

1.2.2 植被狀況 南部基巖山區(qū)的山體表面僅有少量的耐高寒植物生長或者基本無植被生長，整體的植被覆蓋度小于1%。山前細土平原區(qū)邊緣有地下水溢出帶，因此，局部植被覆蓋度可達到10%以上，但整體覆蓋度0.3%～5.0%。戈壁帶地表植被稀少，局部地區(qū)無植被生長，但整體覆蓋度較山體稍大，為3%，而在鹽沼區(qū)內(nèi)的地表基本無任何植被[18]。

參試群體的種子均采自諾木洪地區(qū)，種源的地理位置與生態(tài)因子較一致，如經(jīng)緯度、海拔、年均溫、極端高低溫、年降水量以及年蒸發(fā)量等無大的變化。受地形與水文的影響，各參試群體種源地土壤、植被類型以及主要植物種類有較大差異(表1)。

表1 參試群體的土壤與植被環(huán)境Table 1 Inforamation of soil and vegetation of the tested populations

1.2.3 種子的采集 各群體取20個正常生長單株，每單株間距10 m以上，在樹冠南側(cè)上部進行果實采集，種子來源與性質(zhì)見表2。

參試群體中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ為已命名群體，其他群體尚未見命名，故本研究暫依果實顏色或形狀命名，其形態(tài)特征見表3。

表2 參試群體種子來源及性質(zhì)Table 2 Seed source and nature of the tested populations

注：枸杞古樹年齡≥400年

表3 5個果實形態(tài)特殊群體的果實表型Table 3 The fruit phenotypic of five special groups

1.3 試驗方法

1.3.1 儀器設(shè)備和軟件 培養(yǎng)皿、自來水、電腦、實體投影儀、SPSS軟件、CAD軟件、坐標紙、濾紙。

1.3.2 種子千粒質(zhì)量的測定 試驗采用百粒法測定，將12個自然群體(編號)的種子分別充分混勻，然后采用四分法分別從參試群體中隨機數(shù)出100 粒種子，用精度為0.001的電子天平稱其質(zhì)量，重復(fù)3次，取平均值。

1.3.3 種子種長和種寬的測量 隨機選擇參試枸杞種子50～70粒，整齊的擺放在坐標紙上，置于實體投影儀下放大后拍取照片。

將拍好的照片導(dǎo)入CAD軟件中，借助CAD軟件測量種子的種長、種寬，按實際比例進行換算。

Ls=y1×y2/y3

(1)

式中：y1為沿種子長方向坐標紙單位長度CAD測量值，y2為種子長CAD測量值，y3沿種子長方向坐標紙單位長度。

Ws=x1×x2/x3

(2)

式中：x1為沿種子寬方向坐標紙單位長度CAD測量值，x2為種子寬CAD測量值，x3為沿種子寬方向坐標紙單位長度[20]，同時求種子的長寬比。

1.3.4 統(tǒng)計分析 運用SPSS軟件對各性狀進行方差分析[21-25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 枸杞群體間的形態(tài)變異性分析

參試枸杞種子4個表型性狀中，千粒質(zhì)量、種子長、種子寬在群體間差異極顯著，種子長寬比差異顯著，各性狀在群體內(nèi)差異不明顯(表4)，說明在群體間存在豐富的變異，群體內(nèi)變異都不豐富。

參試群體分別與各個性狀的多重比較表明(表5)，千粒質(zhì)量變幅為0.608 9 g(Ⅷ)～0.966 6 g(Ⅶ)，種長變幅0.993 8 mm(Ⅰ)～2.060 5 mm(Ⅵ)，種寬變幅0.815 4 mm(Ⅰ)～1.730 3 mm(Ⅵ)，種子長寬比變幅1.191 0(Ⅵ)～1.494 8(Ⅱ)。

群體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅻ的種子千粒質(zhì)量之間均存在極顯著差異，群體Ⅳ與群體Ⅺ的千粒重之間差異不顯著，種子長中，群體Ⅰ與其他參試群體存在極顯著差異，群體Ⅳ、Ⅸ、Ⅹ之間無差異，但與群體Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ之間差異顯著。種子寬中，群體Ⅱ、Ⅳ、Ⅸ、Ⅹ之間無差異，但與群體Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅺ之間差異不顯著，而與Ⅵ、Ⅻ、Ⅰ之間差異顯著。種子長寬比中，群體Ⅱ與群體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ之間，群體Ⅵ與群體Ⅶ之間差異顯著，而群體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ之間無差異。整體分析，參試枸杞群體種子表型性狀有顯著的差異，表型多樣性較為豐富。

表4 參試群體種子表型性狀方差分析Table 4 Variance analysis of phenotypic traits of tested populations

注：*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)

表5 不同種群種子性狀多重比較Table 5 Duncan's test of phenotypic traits of tested populations

注：同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.2 枸杞群體內(nèi)變異性分析

群體性狀的變異系數(shù)可用來表示性狀的離散特征，各性狀的離散程度與該性狀變異系數(shù)成正比。參試群體種子4個性狀變異為2.862 0%～7.396 7%，平均變異系數(shù)為5.687 8%(表6)。按種子各個性狀的平均變異系數(shù)由大到小排列為：種寬(7.396 7%)>長寬比(6.333 5%)>種長(6.159 0%)>千粒質(zhì)量(2.862 0%)，4性狀中千粒質(zhì)量的變異系數(shù)最小，種子寬的變異系數(shù)最大，可見千粒質(zhì)量穩(wěn)定性較其他性狀要高，其表型多樣性程度低。

參試群體中所有性狀的平均變異系數(shù)由大到小的排列順序是：Ⅵ(14.563 4%)>Ⅻ(9.522 5%)>Ⅰ(8.203 2%)>Ⅷ(4.460 6%)>Ⅱ(4.456 3%)>Ⅴ(4.373 0%)>Ⅲ(4.315 7%)>Ⅳ(4.298 7%)>Ⅹ(4.208 2%)>Ⅶ(4.027 6%)>Ⅸ(2.952 4%)>Ⅺ(2.872 1%)。群體Ⅵ的變異系數(shù)最大(14.563 4%)，群體Ⅺ的變異系數(shù)最小(2.872 1%)。

2.3 枸杞群體種子表型性狀聚類分析

用歐式平均距離法對參試群體種子的4個表型性狀數(shù)據(jù)進行聚類分析(圖1)，按照不同閾值了解參試枸杞群體親緣關(guān)系。

聚類分析中，歐氏距離顯示了群體間相近系數(shù)的大小，相近系數(shù)越小，群體間相近程度越高，親緣關(guān)系也就越近。相近系數(shù)為12.5時，可以明顯將參試群體分為3個大類，第1大類為群體Ⅰ和Ⅱ，第2大類為群體Ⅶ、Ⅻ，第3大類為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ(圖1)。群體Ⅰ與群體Ⅲ相近系數(shù)最大(17.231)，群體Ⅳ與群體Ⅸ相近系數(shù)最小(0.022)。

表6 參試群體表型性狀的變異系數(shù)Table 6 Variation coefficient of phenotypic traits of tested populations %

圖1 參試枸杞群體種子表型性狀聚類Fig.1 UPGMA cluster based on the phenotypic traits of tested populations

3 討論與結(jié)論

表型性狀既具有變異性又具有穩(wěn)定性，是生物體本身適應(yīng)某種生存條件的表現(xiàn)形式，受遺傳與生態(tài)環(huán)境兩方面的影響[26]。種子形態(tài)特征的多樣性通常具有適應(yīng)性意義，保持較大的適應(yīng)性對植物本身而言是有利的。參試枸杞群體種子千粒質(zhì)量、種長、種寬在群體間差異極顯著，種子長寬比差異顯著，各性狀在群體內(nèi)差異呈現(xiàn)不同的變化。千粒質(zhì)量在各群體種子之間有極顯著的差異，說明群體間存在極為豐富的表型多樣性，是由于各個群體所生長的生態(tài)環(huán)境不同，從而影響種子中干物質(zhì)的積累所致。參試群體在其他各性狀上的差異顯著，多樣性豐富。不同性狀變異系數(shù)最大(14.5634)的馴化‘黑果枸杞’(群體Ⅵ)與變異系數(shù)最小(2.8721)的‘咖啡枸杞’(群體Ⅺ)的變異系數(shù)相差5倍多，表現(xiàn)出相當(dāng)豐富的多樣性。

聚類分析中，相近系數(shù)為12.5時，0207號(群體Ⅰ)與‘寧杞1號’(群體Ⅱ)代表了栽培品種，兩者間遺傳關(guān)系較近，其變異系數(shù)較大，與其他種源的遺傳距離較大，而同屬于栽培品種的‘黃果人工枸杞’(群體Ⅳ)和馴化‘黑果枸杞’(群體Ⅵ)則聚為第3類，說明遺傳距離較大，群體間的差異是由遺傳因子決定的；0207號與‘寧杞1號’分為一類，說明聚類分析可以作為植物表型多樣性的一個重要方法?！t果枸杞’(群體Ⅶ)與還未有命名的‘白果枸杞’(群體Ⅻ)的生境在海拔上相差300 m，這種差值對于高海拔地區(qū)的植物生長影響很大，但此次研究將這2個群體分為第2類，說明兩者遺傳距離較近；‘黃果枸杞’(群體Ⅲ)、馴化‘黑果枸杞’(群體Ⅵ)、野生‘黑果枸杞’(群體Ⅷ)與還未有刊物命名的‘黃果人工枸杞’(群體Ⅳ)、‘藍寶石枸杞’(群體Ⅴ)、‘紫果枸杞’(群體Ⅸ)、‘圓果黑枸杞’(群體Ⅹ)、‘咖啡枸杞’(群體Ⅺ)分別來自不同的土壤和植被類型，將其分為第3類，說明它們相互之間遺傳關(guān)系較近。其中，0207號與黃果枸杞間相近程度最低，親緣關(guān)系最遠，‘黃果人工枸杞’與‘紫果枸杞’間相近程度最高，親緣關(guān)系最近。

綜上，參試枸杞群體種間表型多樣性豐富，各性狀存在不穩(wěn)定性，這種差異可能來自于參試群體的遺傳多樣性。而研究所得群體間的變異大于群體內(nèi)的變異，亦可說明參試群體的各種變異很有可能來源于各遺傳因子的影響。

根據(jù)參試枸杞群體豐富的自然變異，可以初步判斷其與遺傳因子、生態(tài)環(huán)境之間的聯(lián)系；對枸杞群體種子的表型多樣性進行研究，是枸杞遺傳多樣性研究的一部分，并為枸杞的遺傳改良提供理論依據(jù)。雖然趙建華等[13-16]已對枸杞的新梢日生長量、葉片形狀、枝條硬度、平均單果質(zhì)量其他指標做了研究，但都不夠系統(tǒng)。另外，僅針對枸杞種子做了研究，還需要對果實、葉長、葉寬、出種數(shù)、出種率等指標以及分子標記等方面做進一步深入研究，以便更好地維護和提高枸杞的遺傳多樣性水平，更好的進行優(yōu)樹選擇和良種選育。

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Variation analysis of phenotypic traits ofLyciumseed in different populations in Qaidam Basin

HE Li-juan,WANG You-ke,ZHANG Ru-li,LIU Xin

(CollegeofForestry,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070，Chian)

Totally 12 natural populations ofLyciumin Qaidam Basin were collected and 4 characteristics,including seed length,seed width,seed length/seed width and thousand-gvain weight were analyzed to reveal the variability of seed phenotype in order to better select and use the tarits.The results showed that the seed length,seed width and thousand-gvain weight of tested traits had significant differerence between these populations(P<0.01),the ratio of seed length and seed width of tested traits had significant differerence between these populations(P<0.05),other characteristics had not significant difference between these populations.A difference of coefficient of variation (cv) reached 5 times betweenL.ruthenicumI with the largest cv and coffee-colored fruit wolfberry with smallest cv ， which meaned the traits had rich diversity.According to the cv 12.5,‘0207’ and ‘L.barbarumcv.Ⅰ’ should be included Group 1,‘red-colored fruit wolfberry Ⅶ’ and ‘white-colored wolfberry Ⅻ’ should be included Group 2,and others should be included Group 3.

Qaidam Basin；Lycium;phenotypic diversity

2015-12-21；

2016-03-07

甘肅省科技支撐項目“甘肅省枸杞質(zhì)量安全生產(chǎn)影響因素及控制技術(shù)研究”(1304FKCA054)

何麗娟(1988-)，女，甘肅甘谷人，在讀碩士。

E-mail：helen_0915@163.com

S 567.1

A

1009-5500(2016)05-0034-06

王有科為通訊作者。